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技術(shù)文章

變頻器在熱電企業(yè)中的節(jié)能應(yīng)用效果探析
DQZHAN訊：變頻器在熱電企業(yè)中的節(jié)能應(yīng)用效果探析
隨著變頻技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其優(yōu)良的節(jié)電性能、良好的啟動(dòng)特性和多樣的保護(hù)功能，在企業(yè)中得到了較好的體現(xiàn)， 使企業(yè)生產(chǎn)節(jié)約了能源，降低了成本，增加了**保證。

1、變頻器的特點(diǎn)

變頻調(diào)速是性能*好且*具發(fā)展前途的調(diào)速技術(shù)。 變頻器是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中用于三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要產(chǎn)品。 其主要優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)能效果好，可達(dá) 55%以上;調(diào)速范圍寬，調(diào)速比可達(dá) 20：1;啟動(dòng)及制動(dòng)性能好，可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、自動(dòng)平滑加減速及快速制動(dòng);保護(hù)功能完善，可實(shí)現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)載、過(guò)流、瞬間停電、短路、失速等多種保護(hù)方式，且能實(shí)現(xiàn)故障判斷顯示;易于在電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中使用，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。

2、變頻調(diào)速技術(shù)在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)控制中的應(yīng)用

2.1中心換熱站及外網(wǎng)控制

鍋爐系統(tǒng)中主要包括系統(tǒng)恒壓補(bǔ)水、系統(tǒng)熱水(載體)循環(huán)、系統(tǒng)燃燒控制與爐膛壓力控制，在熱電聯(lián)產(chǎn)中，它所產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽可以直接輸出，也可經(jīng)過(guò)汽水交換后輸出熱水，蒸汽或熱水的熱能經(jīng)過(guò)管網(wǎng)中的各個(gè)換熱站提供給各個(gè)熱用戶。

2.2 外網(wǎng)循環(huán)泵的控制

保證供熱系統(tǒng)內(nèi)的壓力恒定是供熱系統(tǒng)正常運(yùn)行的基本前提條件。 供熱系統(tǒng)的管網(wǎng)通常是封閉的管道系統(tǒng)，從理論上講，水的消耗量很少。 然而在實(shí)際中難以避免的“跑、冒、滴、漏”和人為的失水，必然影響系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定。 另外系統(tǒng)內(nèi)水流的溫度高低也影響著壓力的變化。 而要系統(tǒng)供熱穩(wěn)定，則必須保證系統(tǒng)的*高點(diǎn)處于滿水狀態(tài)，同時(shí)壓力也不能超過(guò)系統(tǒng)的承受能力。 要做到這一點(diǎn)，需要在系統(tǒng)的回水管道上確定一個(gè)恒壓點(diǎn)，在系統(tǒng)循環(huán)的過(guò)程中，保持一個(gè)穩(wěn)定的壓力數(shù)值，使循環(huán)泵的流量、揚(yáng)程限定在一定的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)流量、揚(yáng)程自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)于鍋爐系統(tǒng)在一定的程度上也可以避免超溫和超壓。 采用變頻調(diào)速的補(bǔ)水泵對(duì)系統(tǒng)定壓，可以平滑地調(diào)節(jié)補(bǔ)水泵的轉(zhuǎn)速，及時(shí)地調(diào)補(bǔ)水量，保證系統(tǒng)內(nèi)水體積的穩(wěn)定。 其方法是用壓力傳感器將取自系統(tǒng)恒壓點(diǎn)的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成(4~20)mA 電流信號(hào)，輸送到壓力調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器將其與預(yù)先設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較后， 發(fā)出頻率指令給變頻器，變頻器則自動(dòng)調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而調(diào)節(jié)補(bǔ)水量，由于液體不可壓縮的特性，對(duì)液體的壓力控制響應(yīng)速度快， 很容易使恒壓點(diǎn)的壓力維持在設(shè)定值。

供熱系統(tǒng)中，水是熱能的載體，熱能的輸送是依靠水的流動(dòng)完成的。 水的溫度越高，單位水的熱含量也越高，水的流量越大，輸送的熱能越大。 為了整體熱網(wǎng)的熱量平衡采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)節(jié)循環(huán)泵的流量，則可以在系統(tǒng)壓力穩(wěn)定的條件下，對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)保證供熱系統(tǒng)的**運(yùn)行。 首先依照目前推薦使用“低出水溫度，小出回溫差”原則與運(yùn)行調(diào)節(jié)公式，根據(jù)環(huán)境氣溫溫度的變化來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的出水溫度。 同時(shí)根據(jù)出回水溫差來(lái)調(diào)節(jié)循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速，從而通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流量達(dá)到間接調(diào)節(jié)溫度的目的。 具體做法是利用溫度傳感器將取樣點(diǎn)溫度的變化量，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值或電流值后輸送到調(diào)節(jié)器， 調(diào)節(jié)器將其與預(yù)先設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較后，發(fā)出頻率指令給變頻器，變頻器則自動(dòng)調(diào)整水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

2.3控制引風(fēng)機(jī)的高壓變頻

高壓變頻器是一種串聯(lián)疊加性高壓變頻器，即采用多臺(tái)單相三電平逆變器串聯(lián)連接，輸出可變頻變壓的高壓交流電。 按照電機(jī)學(xué)的基本原理，電機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足如下的關(guān)系式：

其中：P 為電機(jī)極對(duì)數(shù);f 為電機(jī)運(yùn)行頻率;s 為滑差)。 從式中看出，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n0正比于電機(jī)的運(yùn)行頻率(n0=60f/p)，由于滑差 s 一般情況下比較小(0~0.05)， 電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速 n 約等于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n0，所以調(diào)節(jié)了電機(jī)的供電頻率 f，就能改變電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。電機(jī)的滑差 s 和負(fù)載有關(guān)，負(fù)載越大則滑差增加，所以電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速還會(huì)隨負(fù)載的增加而略有下降

變頻器本身由變壓器柜、功率柜、控制柜三部分組成。 三相高壓電經(jīng)高壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)入，經(jīng)輸入降壓、移相給功率單元柜內(nèi)的功率單元供電，功率單元分為三組，一組為一相，每相的功率單元的輸出首尾相串。 主控制柜中的控制單元通過(guò)光纖時(shí)對(duì)功率柜中的每一功率單元進(jìn)行整流、逆變控制與檢測(cè)，這樣根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)操作界面進(jìn)行頻率的給定，控制單元把控制信息發(fā)送到功率單元進(jìn)行相應(yīng)的整流、逆變調(diào)整，輸出滿足負(fù)荷需求的電壓等級(jí)。

輸入側(cè)由移相變壓器給每個(gè)單元供電，移相變壓器的副邊繞組分為三組;這種多級(jí)移相疊加的整流方式可以大大改善網(wǎng)側(cè)的電流波形，使其負(fù)載下的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)接近 1。 另外，由于變壓器副邊繞組的獨(dú)立性，使每個(gè)功率單元的主回路相對(duì)獨(dú)立，類似常規(guī)低壓變頻器。

輸出側(cè)由每個(gè)單元的 U、V 輸出端子相互串接而成星型接法給電機(jī)供電，通過(guò)對(duì)每個(gè)單元的 PWM波形進(jìn)行重組，可得到階梯 PWM 波形。 這種波形正弦度好，dv/dt 小，可減少對(duì)電纜和電機(jī)的絕緣損壞，無(wú)須輸出濾波器就可以使輸出電纜長(zhǎng)度很長(zhǎng)，電機(jī)不需要降額使用，可直接用于舊設(shè)備的改造;同時(shí)，電機(jī)的諧波損耗大大減少，消除了由此引起的機(jī)械振動(dòng)，減小了軸承和葉片的機(jī)械應(yīng)力。

2.3.1 變頻器的操作與啟動(dòng)

變頻器的操作方法有三種：一是就地控制，直接利用控制柜觸摸屏的人機(jī)界面的啟動(dòng)、加速、減速、復(fù)位、停止等按鈕實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的操作過(guò)程;二是遠(yuǎn)程控制，通過(guò)遠(yuǎn)程控制器，用開(kāi)關(guān)和模擬給定，通過(guò)端子，I/0 接口輸入操作命令及給定值; 三是DCS 控制，與 DCS 直接連接，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制系統(tǒng)的**結(jié)合，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，引風(fēng)機(jī)的變頻控制主要采用 DCS 控制。 變頻器的啟動(dòng)有三種：一是正常啟動(dòng)，按正常方式啟動(dòng)后，自動(dòng)上升頻率并以用戶設(shè)定的頻率穩(wěn)定運(yùn)行;二是軟啟動(dòng)，按軟啟動(dòng)方式啟動(dòng)后，直接升速到系統(tǒng)參數(shù)中提供的電網(wǎng)投切頻率，然后系統(tǒng)給“變頻/工頻投切”指令，并進(jìn)行相應(yīng)的電氣連鎖控制，達(dá)到軟啟動(dòng)的效果;三是旁路功能， 在變頻器故障不能投入運(yùn)行的情況下，可以進(jìn)行手動(dòng)旁路操作。 將 QS2，QS3 斷開(kāi)，QS1 閉合，電機(jī)可由 QF 直接啟停，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作，此為變頻直接旁路功能，同時(shí)便于維護(hù)與檢修。

2.3.2 變頻改造后的節(jié)能效果分析

天津市現(xiàn)行的環(huán)保要**所有的燃煤鍋爐必須安裝脫硫和除塵設(shè)施，兩系統(tǒng)的加入使鍋爐的煙風(fēng)系統(tǒng)阻力增加大約 2500Pa，使引風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率增加大約**，加之作為承擔(dān)工業(yè)蒸汽供熱鍋爐存在負(fù)荷變動(dòng)大的運(yùn)行特點(diǎn)，同時(shí)濕法脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行將隨鍋爐的運(yùn)行工況變化而變化，使煙風(fēng)系統(tǒng)的阻力成為多變量，如采用風(fēng)門調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單可靠，風(fēng)壓恒定，投資少的優(yōu)點(diǎn)，但調(diào)節(jié)精度低，電耗高，再有脫硫塔的脫硫液隨鍋爐煙氣的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，塔的阻力是變量，因此風(fēng)門調(diào)節(jié)系統(tǒng)不適用濕法脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行工礦，不符合節(jié)能要求。采用變頻器調(diào)節(jié)，根據(jù)鍋爐負(fù)荷變化來(lái)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)，使風(fēng)壓在一個(gè)*優(yōu)的范圍內(nèi)，既滿足鍋爐的運(yùn)行要求，也滿足脫硫塔的運(yùn)行要求，既節(jié)能又達(dá)標(biāo)排放，使煙風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行工礦得到優(yōu)化。 變頻器同時(shí)還具有提高用電設(shè)備功率因數(shù)的特性，將減少電機(jī)從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，減少了無(wú)功功率在電網(wǎng)中傳輸時(shí)造成的有功損耗。

通過(guò)分析鍋爐負(fù)荷變化 70%，風(fēng)門與變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)功率將變化 50%，按有 40%時(shí)間需調(diào)整鍋爐負(fù)荷，如年運(yùn)行 8640h，引風(fēng)機(jī)電機(jī)為 315kW，電價(jià)為 1.00 元計(jì)算，采用變頻器調(diào)節(jié)年節(jié)電 544320 度，節(jié)約電費(fèi) 54.4 萬(wàn)元。

2.4 在水位調(diào)節(jié)中的變頻器

當(dāng)汽包水位發(fā)生變化時(shí)，變送器的輸出信號(hào)也將發(fā)生變化。 這個(gè)測(cè)量信號(hào)與給定值比較后產(chǎn)生一個(gè)偏差信號(hào)送給調(diào)節(jié)器，由調(diào)節(jié)器對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，把運(yùn)算的結(jié)果輸出給變頻調(diào)速器。 當(dāng)變頻調(diào)速器接收到調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)后，就會(huì)相應(yīng)的根據(jù)信號(hào)改變水泵電機(jī)電源的頻率，從而達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，增加或減少供水的流量。 使汽包水位穩(wěn)定地保持在給定的數(shù)值上。

3、結(jié)語(yǔ)

變頻調(diào)速這一技術(shù)正在越來(lái)越廣泛地深入到各行各業(yè)中，它的節(jié)能、省電、易于構(gòu)成自控系統(tǒng)的顯著優(yōu)勢(shì)，必將成為電力拖動(dòng)的**設(shè)備。 同時(shí)，應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)也是企業(yè)改造、增加效益的有效途徑。

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